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高亮度LED制程技術(shù)仍需持續(xù)改善創(chuàng)新

字體變大  字體變小 發(fā)布日期:2014-11-29  瀏覽次數(shù):316
核心提示:LED光源具備多項(xiàng)環(huán)保優(yōu)勢,但早期產(chǎn)品在散熱處理與高亮度設(shè)計(jì)方面,仍存在某些技術(shù)瓶頸無法突破,但在LED芯片制程持續(xù)改善下,現(xiàn)有照明用LED的亮度輸出流明更趨近于日常照明需求,加上IC固態(tài)形式的元件設(shè)計(jì),讓LED的光源設(shè)計(jì)增加更多應(yīng)用彈性與優(yōu)勢。
    LED光源具備多項(xiàng)環(huán)保優(yōu)勢,但早期產(chǎn)品在散熱處理與高亮度設(shè)計(jì)方面,仍存在某些技術(shù)瓶頸無法突破,但在LED芯片制程持續(xù)改善下,現(xiàn)有照明用LED的亮度輸出流明更趨近于日常照明需求,加上IC固態(tài)形式的元件設(shè)計(jì),讓LED的光源設(shè)計(jì)增加更多應(yīng)用彈性與優(yōu)勢。
 
    尤其是LED光源不易損壞、壽命長的優(yōu)點(diǎn),若不計(jì)單組成本問題,相較于傳統(tǒng)高耗能的鎢絲燈(白熾燈)/鹵素?zé)?高壓鈉燈、有汞污染疑慮的CCFL螢光燈具,LED是表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)異的替代性光源新選擇。
 
    除了針對不同日常照明應(yīng)用,還須針對發(fā)光效率、光形、散熱設(shè)計(jì)與整體使用成本等多項(xiàng)應(yīng)用問題,持續(xù)改善LED的產(chǎn)品設(shè)計(jì),讓LED照明更具實(shí)用價(jià)值,而不再只是展現(xiàn)環(huán)保訴求的裝飾品。
 
    80W高亮度LED可具備6,400~8,000流明亮度,燈具可達(dá)100lm-W,元件壽命超過50,000小時(shí)。
 
    LED照明光源,因本身元件的材料特性差異,加上發(fā)光原理異于傳統(tǒng)照明設(shè)備,若未加處理光形與改善照明質(zhì)量,欲直接以LED取代一般日常應(yīng)用的光源,仍有多項(xiàng)限制,尤其是演色性、照明光形、照明顏色、電源轉(zhuǎn)換效率…等關(guān)鍵問題,都需要透過芯片的制程改善或是燈具的光學(xué)物理設(shè)計(jì)強(qiáng)化,進(jìn)一步滿足一般照明的需求。
 
    LED固態(tài)照明仍存在成本偏高問題
 
    在實(shí)際的照明應(yīng)用市場,LED固態(tài)照明本身仍存在高單價(jià)、高成本限制,想要在短時(shí)間內(nèi)加速LED照明應(yīng)用普及,相關(guān)業(yè)者仍須在元件成本、制作技術(shù)、驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)…等關(guān)鍵項(xiàng)目,逐一改善成本效率。
 
    而在生產(chǎn)技術(shù)方面,還得讓最終產(chǎn)品于色溫表現(xiàn)、演色性和光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行規(guī)格強(qiáng)化與性能提升,同時(shí)還要改善AC-DC電源轉(zhuǎn)換、高功率驅(qū)動(dòng)控制、光源散熱和光形處理等相關(guān)技術(shù),這些都是LED照明技術(shù)能否快速普及的重要關(guān)鍵。
 
    高亮度LED較一般傳統(tǒng)高亮度鹵素?zé)、鈉燈具備更長使用壽命,可制成戶外用燈具,節(jié)省維護(hù)成本。
 
    前面也有提到,LED照明光源的設(shè)計(jì)必須先改善照明模塊的散熱設(shè)計(jì),散熱機(jī)制的集成是LED照明產(chǎn)品能否維持長壽命、低光衰的關(guān)鍵。例如,采用COB LED多晶燈板,將LED芯片固定在印刷電路板之上,LED芯片可直接透過PCB接觸增加熱傳導(dǎo)效率,進(jìn)而改善LED照明應(yīng)用常見的散熱問題。
 
    LED載板設(shè)計(jì)形式 可改善元件散熱效率
 
    為了因應(yīng)高功率、高亮度的照明應(yīng)用設(shè)計(jì),原有的PCB載版會改采金屬核心的PCB材料來增加LED元件的散熱效率,因?yàn)轵?qū)動(dòng)過程所產(chǎn)生的熱,均可藉由PCB的金屬核心來降低熱阻抗,進(jìn)而強(qiáng)化散熱表現(xiàn)。
 
    金屬核心PCB多使用MCPCB(metal 酷睿 Printed Circuit Board)來降低載板熱阻設(shè)計(jì),而MCPCB為求降低成本,多選用鋁為載板核心,具成本低廉、散熱能力佳及更好的抗腐蝕特性。
 
    LED要獲得日常光源大量應(yīng)用的優(yōu)勢,就必須深入發(fā)展芯片的核心技術(shù),其中影響LED元件發(fā)光特性、效率的關(guān)鍵更在其基底材料與長晶的技術(shù)差異。LED基底材料除傳統(tǒng)藍(lán)寶石基底之外,矽、碳化硅、氧化鋅、氮化鎵…等都是目前LED的應(yīng)用重點(diǎn)。而薄膜芯片技術(shù)則是開發(fā)高亮度LED芯片的重點(diǎn)技術(shù)。
 
    Thin film重點(diǎn)在減少晶粒的側(cè)向光耗損,搭配底部反射面集成,可將芯片本身97%由電產(chǎn)生的光輸出直接自LED正面輸出,避免光耗損,如此自然可提高LED的單位發(fā)光效率。除提高LED芯片的光電效率外,亦可透過改變芯片結(jié)構(gòu),如芯片表面粗化設(shè)計(jì),透過多重改善電光效率制程方法,進(jìn)行產(chǎn)品改良。
 
    利用封裝技術(shù) 全面強(qiáng)化LED元件照明性能
 
    在高功率LED封裝技術(shù)方面,可分單顆芯片封裝、多芯片集成封裝、芯片板封裝…等項(xiàng)目,透過改善封裝技術(shù),則可讓LED發(fā)光效率、散熱、產(chǎn)品可靠度獲得全面性的改善。
 
    單顆芯片封裝應(yīng)用方面,可利用封裝來改善發(fā)光效率、散熱熱阻,或開發(fā)SMT形式量產(chǎn)元件,另在封裝階段還能利用螢光粉體混入封裝體的處理手段,改善LED的輸出色溫,或是控制LED的照明光色與提升照明質(zhì)量。
 
    除晶粒本身的制程或是利用封裝設(shè)計(jì)來改善之外,LED燈具的設(shè)計(jì)形式或搭配光學(xué)透鏡,皆可利用光學(xué)物理特性來改善產(chǎn)品質(zhì)量。例如,LED搭配光學(xué)矽膠封填即可使元件具備較大的照明光束角度,而經(jīng)過封裝處理的元件也能搭配二次光學(xué)透鏡強(qiáng)化底部反光杯的設(shè)計(jì)形式,大幅強(qiáng)化LED元件的光學(xué)特性。
 
    在眾多高亮度照明用的LED設(shè)計(jì)方案中,也有采用大量LED元件利用平面排布的形式,以數(shù)量來達(dá)到增加燈具光輸出的效果,而在LED元件封裝上也是同樣道理,將多個(gè)LED芯片1次封裝在載板平面,也是LED照明應(yīng)用的常見設(shè)計(jì)方案。
 
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